Hvordan fungererhalvleder optisk forsterkeroppnå forsterkning?
Etter at æraen med storkapasitets optisk fiberkommunikasjon kom, har optisk forsterkningsteknologi utviklet seg raskt.Optiske forsterkereforsterke optiske inngangssignaler basert på stimulert stråling eller stimulert spredning. I henhold til virkemåten kan optiske forsterkere deles inn i halvlederoptiske forsterkere (SOA) ogoptiske fiberforsterkereBlant dem,halvlederoptiske forsterkereer mye brukt i optisk kommunikasjon på grunn av fordelene med bredt forsterkningsbånd, god integrasjon og bredt bølgelengdeområde. De er sammensatt av aktive og passive områder, og det aktive området er forsterkningsområdet. Når lyssignalet passerer gjennom det aktive området, mister elektronene energi og går tilbake til grunntilstanden i form av fotoner, som har samme bølgelengde som lyssignalet, og forsterker dermed lyssignalet. Den halvlederoptiske forsterkeren konverterer halvlederbæreren til den reverserte partikkelen ved hjelp av drivstrømmen, forsterker den injiserte frølysamplituden og opprettholder de grunnleggende fysiske egenskapene til det injiserte frølyset, som polarisering, linjebredde og frekvens. Med økningen av arbeidsstrømmen øker også den optiske utgangseffekten i et visst funksjonelt forhold.
Men denne veksten er ikke uten grenser, fordi halvlederoptiske forsterkere har et forsterkningsmetningsfenomen. Fenomenet viser at når den injiserte optiske effekten er konstant, øker forsterkningen med økningen av den injiserte bærerkonsentrasjonen, men når den injiserte bærerkonsentrasjonen er for stor, vil forsterkningen mettes eller til og med avta. Når konsentrasjonen av den injiserte bæreren er konstant, øker utgangseffekten med økningen av inngangseffekten, men når den injiserte optiske effekten er for stor, er bærerforbruksraten forårsaket av eksitert stråling for stor, noe som resulterer i forsterkningsmetning eller -nedgang. Årsaken til forsterkningsmetningsfenomenet er samspillet mellom elektroner og fotoner i det aktive områdematerialet. Enten det er fotoner generert i forsterkningsmediet eller eksterne fotoner, er hastigheten som den stimulerte strålingen forbruker bærerne med relatert til hastigheten som bærerne fylles opp til det tilsvarende energinivået over tid. I tillegg til den stimulerte strålingen endres også bærerhastigheten som forbrukes av andre faktorer, noe som påvirker forsterkningsmetningen negativt.
Siden den viktigste funksjonen til halvlederoptiske forsterkere er lineær forsterkning, hovedsakelig for å oppnå forsterkning, kan de brukes som effektforsterkere, linjeforsterkere og forforsterkere i kommunikasjonssystemer. I sendeenden brukes den halvlederoptiske forsterkeren som en effektforsterker for å forbedre utgangseffekten i sendeenden av systemet, noe som kan øke reléavstanden til systemstammen betraktelig. I transmisjonslinjen kan den halvlederoptiske forsterkeren brukes som en lineær reléforsterker, slik at den regenerative reléavstanden til transmisjonen kan forlenges igjen med sprang. I mottakerenden kan den halvlederoptiske forsterkeren brukes som en forforsterker, noe som kan forbedre mottakerens følsomhet betraktelig. Forsterkningsmetningsegenskapene til halvlederoptiske forsterkere vil føre til at forsterkningen per bit er relatert til den forrige bitsekvensen. Mønstereffekten mellom små kanaler kan også kalles kryssforsterkningsmodulasjonseffekt. Denne teknikken bruker det statistiske gjennomsnittet av kryssforsterkningsmodulasjonseffekten mellom flere kanaler og introduserer en kontinuerlig bølge med middels intensitet i prosessen for å opprettholde strålen, og dermed komprimere forsterkerens totale forsterkning. Deretter reduseres kryssforsterkningsmodulasjonseffekten mellom kanalene.
Halvlederoptiske forsterkere har en enkel struktur, enkel integrering og kan forsterke optiske signaler med forskjellige bølgelengder. De er mye brukt i integreringen av ulike typer lasere. For tiden fortsetter laserintegrasjonsteknologien basert på halvlederoptiske forsterkere å modnes, men det må fortsatt gjøres innsats på følgende tre aspekter. Det ene er å redusere koblingstapet med den optiske fiberen. Hovedproblemet med den halvlederoptiske forsterkeren er at koblingstapet med fiberen er stort. For å forbedre koblingseffektiviteten kan en linse legges til koblingssystemet for å minimere refleksjonstapet, forbedre strålens symmetri og oppnå høy effektiv kobling. Det andre er å redusere polarisasjonsfølsomheten til halvlederoptiske forsterkere. Polarisasjonsegenskapen refererer hovedsakelig til polarisasjonsfølsomheten til det innfallende lyset. Hvis den halvlederoptiske forsterkeren ikke er spesialbehandlet, vil den effektive båndbredden til forsterkningen reduseres. Kvantebrønnstruktur kan effektivt forbedre stabiliteten til halvlederoptiske forsterkere. Det er mulig å studere en enkel og overlegen kvantebrønnstruktur for å redusere polarisasjonsfølsomheten til halvlederoptiske forsterkere. Det tredje er optimalisering av den integrerte prosessen. For tiden er integreringen av halvlederoptiske forsterkere og lasere for komplisert og tungvint i teknisk prosessering, noe som resulterer i et stort tap i optisk signaloverføring og innsettingstap for enheter, og kostnadene er for høye. Derfor bør vi forsøke å optimalisere strukturen til integrerte enheter og forbedre enhetenes presisjon.
Innen optisk kommunikasjonsteknologi er optisk forsterkningsteknologi en av støtteteknologiene, og halvlederoptisk forsterkerteknologi er i rask utvikling. For tiden har ytelsen til halvlederoptiske forsterkere blitt betydelig forbedret, spesielt i utviklingen av nye generasjoners optiske teknologier som bølgelengdemultipleksing eller optiske svitsjemoduser. Med utviklingen av informasjonsindustrien vil optisk forsterkningsteknologi som er egnet for forskjellige bånd og forskjellige applikasjoner bli introdusert, og utvikling og forskning på nye teknologier vil uunngåelig føre til at halvlederoptisk forsterkerteknologi fortsetter å utvikle seg og blomstre.
Publisert: 25. feb. 2025